液压润滑系统泄漏实时报警算法分析.pdf

Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 0 2 ． 2 0 1 6 d o i l O ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 8 0 8 1 3 ． 2 0 1 6 ． 0 2 ． 0 1 7 液压润滑系 统泄漏实时报警算法分析 丁 正 ， 朱培显 马鞍山钢铁股份有限公司 ， 安徽 马鞍山2 4 3 0 0 0 摘要 大型的液压润滑系统工作介质的泄漏难以避免， 这不仅对企业造成直接和间接的经济损失， 还会对环境产生危害。因此， 为 了控制泄漏， 对液压润滑系统进行实时监测， 在发生泄漏时进行及时的报警非常重要。该文针对液压和润滑系统的液位变化特征， 设 计出泄漏实时报警算法 ， 在P L C 软件中实施编程， 根据现场传来的监测信号， 自动判断液压润滑系统状态是否正常， 发生泄漏时做到 实时报警。 关键词 泄漏； 报警算法； 自动判断； 液压 中图分类号 T H1 3 7 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 8 - 0 8 1 3 2 0 1 6 0 2 0 0 5 1 0 3 An a l y r s i s o f Le a k a g e Re a l - t i me Al a r m Al g o r i t h m f o r Hyd r a ul i c Lu b r i c a t i o n S y s t e m DI NG Z h e n g , Z H U Pe i - x i a n Ma a n s h a n I r o nS t e e l C o ． ， L t d ． ， Ma a n s h a n 2 4 3 0 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t L a r g e h y d r a u l i c l u b ric a t i o n s y s t e m wo r k i n g me d i um l e a k a g e i s d i f fic u l t t o a v o i d ， wh i c h i s n o t o n l y a d i r e c t a n d i n d i r e c t e c o n o mi c l o s s e s t o e n t e r p ri s e s ， b u t a l s o t o t h e e n v i r o n me n t ． Th e r e f o r e ， i n o r d e r t o c o n t r o l t h e l e aka g e ， t h e h y dra u l i c l u b r i c a t i o n s y s t e m f o r r e a l t i me mo n i t o ri n g ， i n a t i me l y ma n n e r wh e n t h e a l a r m i s v e r y i mp o r t a n t ． T h i s p a p e r i n h y dra u l i c a n d l u b ric a t i n g s y s t e m l e v e l c h a n g e c h a r a c t e r i s t i c s ， d e s i g n a l e a k a g e a l a r m a l g o r i t h ms i n r e a l t i me a n d i mp l e me n t p r o g r a mm i n g i n P LC s o ftwa r e ， a c c o r d i n g t o t h e s c e n e r e a l t i me mo n i t o r i n g s i g n a l ， a u t o ma t i c a l l y d e t e r m i n e t h e s y s t e m i s i n n o r ma l wo r k a n d l e a k a g e d o r e a l t i m e a l a r m ． Ke y Wo r d s l e a k a g e ； a l a r m a l g o ri t h m； d y n a mi c j u d g me n t ； h y d r a u l i c s 0 引言 随着现代化轧钢生产线向大型化和智能化发展， 为其配套的液压润滑系统的工作压力也越来越高 ， 流 量不断增大， 需要更多的介质填充量。国内某热轧带 钢生产线配置了2 1 套液压润滑系统， 最高工作压力可 达2 8 0 b a r ， 系统填充量达4 7 0 O 0 0 L ， 其工作介质分别为 矿物基液压油和润滑油 。在高压和大流量 的工况下 ， 生产过程中时常会发生液压油和润滑油泄漏的情况 ， 由于液压润滑管路点多面广 ， 油液泄漏不易被及时发 现， 往往是油液损失殆尽导致系统停机才开始去查找 收稿 日期 2 0 1 5 - 0 8 - 2 0 作者简介 丁i E 1 9 8 2 一 ， 男， 安徽怀宁人， T程师， 学士， 现从事电气设备 自动化编程与维护T作。 【 3 】 易小刚 ， 刘永东． 液压阀 ， 液压阀组及其控制方法 中国 ， 1 0 1 8 9 3 0 1 1 A [ P ] ．2 0 1 0 7 3 0 ． 【 4 1 范存德． 液压技术手册[ M 】 ． 沈阳 辽宁科技技术出版社， 2 0 0 4 ， 5 8 0 1 ． 【 5 ] 张龙凯． 基于双阀芯的挖掘机振动掘削性能改进研究[ D ] ． 长沙 中南大学， 2 0 1 4 ， 5 1 7 2 2 ． [ 6 】6 宋鸿尧， 丁忠尧． 液压阀设计与计算[ MI ． 北京 机械工业出版 社 ， 1 9 8 2 2 6 0 2 9 0 ． [ 7 J 李宝顺． 滑阀式换向阀结构参数最优设计f J 1 ． 机床与液压， 原因， 这不仅造成了巨大的直接和间接经济损失 ， 还对 环境产生 了污染 。 造成泄漏的因素很多， 如设计缺陷、 设备制造或安 装质量、 员工的点检维护水平、 恶劣的环境和工况等， 在当前条件下， 完全不漏油难以实现。那么， 开发出泄 漏监测报警系统， 实时准确地发现泄漏， 及时处理 ， 可 以减少泄漏量， 最大限度地减少损失。 1 传统的泄漏报警方法 为了发现泄漏 ， 传统的应对方式是对油箱液位进 行人工抄表或在液位低时设置声光报警。这两种方式 都属于事后处置。 1 ． 1人工抄表方式 目前 ， 多数单位都在采用人工抄表方式来观察液 2 0 0 4 ， 8 1 2 9 - 1 3 1 ． [ 8 】 牛晓阳． 陈奎生． 湛从 昌． 基于F L U E N T的液压阀芯均压槽的 流场仿真【 J ] ． 液压与气动， 2 0 1 4 ， 1 3 5 3 7 ． 【 9 】 侯敏． 液控滑 阀阀芯运动特性的研究【 D ] ． 兰州理 工大学， 2 0 1 1 ， 9 3 2 4 7 ． 【 1 0 】朱成实， 陈寄贵． 基于A M E S i m电液换向阀动态特性仿真分 析[ J ] ． 沈阳化工大学学报， 2 0 1 3 ， 1 5 4 ～ 5 7 ． 【 l 1 ]付永领， 祁晓野． A M E S i m系统建模和仿真一 从入门到精通 【 M】 ． 北京 北京航空航天大学出版社， 2 0 0 6 2 3 5 2 9 0 ． 5 1 液 压 气 动 与 ．密 J d ／2 0 1 6年 第 02期 位变动情况。其主要工作内容是按照一定时间周期 ， 记录每个油箱的液位读数 ， 并将当前值和上一次记录 值进行比较， 如果发现相差较大则判断为泄漏。这种 方式的缺点比较明显 ①由于生产线跨度较大， 站点较 多， 一次抄表工作的完成时间往往超过一个小时， 加上 员工的休息间隔， 泄漏产生时无法及时发现。②由于 人为因素存在， 抄表或判断过程可能会出错。③需要 设置专门的岗位， 不利于企业节约人力成本。 1 ． 2低液位报警方式 ． 油箱内的液位传感器常见的有2 类 ①数字量的 油标。一般设置4 个， 以指示高高位、 高位 、 低位、 低低 位。②模拟量的磁致伸缩液位计或超声波液位计。在 显示模拟量的同时， 也设定高高位、 高位、 低位、 低低位 4 个 比较值 。正常生产时的液位应在高位和低位之 间。低位一般比正常液位下限稍低 ， 当液位降低至低 位时， 信号触发声光报警。这种方式有以下缺点 正常 液位下限较难确定。因为每次泄漏后需要重新加油 ， 加油量难以掌控精 确 ， 总油量不 同导致正常液位下 限 也不同。为了避免误报警 ， 只有将低液位报警的油标 设 的比较低 ， 从而不能及时地报警 。 2 液位变化特征分析 在系统工作时， 油箱的液位处于浮动状态， 液压系 统和润滑系统的油箱液位值浮动有各 自的特征 ， 甚至 同是液压系统 ， 由于执行机构流量 的不 同， 特征也有所 区别。如果对液位值进行实时监测 ， 对不同的特征进 行甄别， 找出泄漏发生时的特征值 ， 准确对泄漏进行判 断并实时发出报警信号， 就可以做到对泄漏实时发现， 及时采取控制措施。要达到上述 目的， 首先需要对被 监测液位特征进行分析。 2 ． 1液位波动状态的特征 从微观角度查看， 在任何情况下， 油箱的液位都不 会是完全静止不变的。当执行机构没有动作时， 由于 系统回油和外界的影响， 液位值也时刻处于类似锯齿 状轻微波动中。只要液位传感器的精度较高 ， 就可以 检测到液位值的变化。如图l 中所示， 在某一无油缸动 作的时间段内 取 自图2 中最大值稳定时的一段细节放 大部分 ， 液位在 6 6 ．9 9 7 0 ％～ 6 7 ．0 3 0 9 ％之间一直波动。 检测该液位变化的是一种高压型磁性液位计， 能检测 液位的瞬时变化。 2 ． 2 无泄漏状态下， 液位的最大浮动值特征 每个液压站的执行机构的数 目是固定的， 其动作 行程和速度也是按照设计要求进行的。因此 ， 在没有 泄漏的情况下 ， 液位最大值和最小值是基本不变的， 执 5 2 行机构动作造成的液位值浮动偏差最大值也是相同 的。如图2 所示 ， 最大液位和最小液位的差值约2 ．4 ％， 固定不变 。 图1液位呈锯齿状波动 图2 液位浮 动值 基本固定 2 ． 3 稳定压力下 ， 泄漏发生时的液位变化特征 润滑系统或者液压系统 的某公共管路 泵站到阀 台之间 出现泄漏点。在这种情况下， 因油压稳定， 所 以漏油速度也保持基本相同， 从宏观上观察液位读数 是以相对比较固定斜率降低。 2 ． 4 非稳定压力下 。 泄漏发生时液位变化特征 在液压系统中， 在阀台到执行机构之间的管路 包 含阀台 出现漏油点。这种形式的泄漏， 当与泄漏点相 关的执行机构动作时， 因压力突然增高， 介质呈喷射状 泄漏； 当执行机构停止动作时， 泄漏停止或呈现滴状泄 漏 见 图3 。 图 3 油缸动作时 的漏油 3 泄漏报警算法分析 3 ． 1斜率法 针对各泵站的不同， 设定不同时间段 A t ， 并记录 液位升降值 A h ， 那么 Ah Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 0 2 ． 2 0 1 6 就是液位变化率 。仅从理论上分析 ， 越小 ， 越能 详尽地体现液位变化速度 ， 以至于在执行机构静止的 情况下 ， 当 大于0 并维持一定时间时， 即可判断可能 有泄漏。但是因为特性2 ． 1 的关系， 值不宜设定的过 小 ， 否则变化率 会是一个 以0 为中心点上下频繁波动 的值。如图4 所示， 液位总趋势是下降的， 但在较小的 时间段内， 液位因各种因素影响， 有短暂回升的现象。 图 4恒 速漏油时的液位 细节 所以， 应根据现场实际情况 ， 合理设定当 值。当 大于O 并持续一段时间， 那么可以确定有泄漏发生。 优点 可以较快地发现恒速泄漏 ； 根据 值的大小 ， 可 以判定泄漏量 的大小。缺点 该方式无法对速度较低 的泄漏 如渗油 进行准确及时的报警； 对特征2 ．4 中的 短暂喷油， 由于 值难以准确确定， 可能造成误报警。 3 ． 2 最大液位 比较法 设定时间段 ， 通过 P L C 记录该两个相邻时间段 内的液位最大值h 和h ． ， 并实时计算h ． 与 的差值， 当 差值超过正常波动液位值 。 时， 判定为泄漏。优点 可 以发现非常慢的泄漏； 通过设定不同的 时间段 ， 可以 大概 了解泄漏 速度。缺点 为 了及 时判断各种速度 的 泄漏， 需要设定多组 值； 较适合用于润滑系统的泄漏 检测 ， 如果用于液压系统， h 。 的设定因液位正常波动影 响 ， 会设的偏大 ， 不利 于及时发现泄漏。 3 ． 3 极限液位 比较法 见图5 值 图5极限液位比较法算法图 通过 P L C 程序对当前液位进行持续比较 ， 记录液 位的最大H m 和最小值H m 实时计算最大值和最小值 的差 ， 当差值超过正常波动液位值 h 。 时， 判定为泄漏。 考虑到在油箱加油时， 液位增高会导致误报警， 可在加 油阀处设置限位信号， 当触发加油信号时， 将当前液位 值同时赋值与最大和最小液位 ， 消除误报警。以图2 为 例 ， 在正常情况下 ， 液位最大值是6 7 ．0 3 3 4 ％， 最小值是 6 4 ．5 5 5 5 ％， 计算其液位正常浮动值时2 ．4 7 7 9 ％。为了防 止误报警， 需要排除一些干扰因素， 如液压站蓄能器造 成的回油影响， 要将h 。 的值设定稍大于正常液位浮动 值， 如设定为2 ． 5 ％或者更大。 图3 中的液位突然下降到6 3 ．3 7 3 2 ％， 之前记录的 最 大 值 6 7 ．0 3 3 4 ％与 新 的 最 小值 6 3 ．3 7 3 2 ％之 差 为 3 ．6 6 0 2 ％， 远超过了‰ 设定值， 系统会触发报警。优点 对各种速度 的泄漏 ， 不论 是爆管 喷油还是点滴状渗油 都能及时的报警 ， 且没有误报警。缺点 不能显示泄漏 速度。 4 结束语 通过对上述3 种算法的合理选择使用 ， 可以对各种 泄漏进行准确实时报警。新的报警方法是人工抄表远 远不能比拟的， 完全可以替代人工抄表， 不仅能够减少 对人工的依赖， 取消定时巡查液位的工作， 降低了劳动 强度， 提高了劳动效率 ， 更能最大限度的及时发现并减 少泄漏量。 3 种方法中， 笔者最为推荐极限液位比较法 ， 其适 用范围最广， 报警速度快， 几乎不会误报。至于泄漏速 度的体现， 可以以其它2 种方式作为补充， 或在收到报 警后， 人工查看液位变化曲线。 参考文献 [ 1 】 刘桂兰． 油位报警器的P L C 控制[ J ] ． 兰州文理学院学报， 2 0 1 4 ， 5 ． [ 2 】 谈云勇． 武钢C S P高压系统油箱液位报警的优化[ J ] ． 武钢技 术， 2 0 1 3 ， 4 ． [ 3 】 杨瑞林． 液压站漏油报警系统【 J J ． 、江西冶金， 2 0 0 4 ， 6 ． [ 4 】 黄增进． 关于储罐液位报警值设定的探讨 广东化工， 2 0 1 5 ， 1 0 ． [ 5 】 史照鹏． 工程机械液压系统管路漏油警报系统的设计[ J ] ． 河 南科技， 2 0 1 2 ， 8 ． 【 6 】 张本东， 张岩． 油库漏油检测系统[ J 】 ． 中国油脂， 2 0 0 8 ， 3 3 4 ． [ 7 】 杨玲玲． 机务段燃油发放系统泄漏报警装置研究f J 1 ． 中国科 技信息， 2 0 1 4 ， 1 3 ． [ 8 】 山海峰， 刘涵 ， 郭吉丰． 基于P L C的汽车电子燃油泵性能检 测系统【 J 】． 机电工程， 2 0 1 3 ， 7 ． [ 9 ]9 金 振 邦 ， 王 月 岗． 液 压 机 械 密 封装 置 的泄 漏 与 防 治 [ J ] ． 液压气动与密封， 1 9 8 3 ， 4 ． 5 3